人类芯片上的肠道技术被用来了解辐射(通过癌症放射治疗、宇航员暴露于宇宙射线或核事故中的意外暴露)如何影响人类肠道细胞，并测试潜在的保护治疗方法，以防止辐射造成的损害。

我们请《辐射损伤导致的戴尔死亡建模》的作者和《在人体芯片上的肠道中对抗药物反应》的作者详细说明他们最近在细胞死亡和疾病方面发表的文章的意义。在接下来的采访中，来自哈佛大学威斯研究所的主要作者萨桑·加里利-费鲁兹内扎德为我们的问题提供了答案。

你能简单解释一下你的结果吗?

暴露在电离g辐射下，无论是治疗性的还是意外的，都可能导致急性辐射综合征，并伴有胃肠道紊乱。文化使用organ-on-a-chip(器官芯片)微流控技术,我们开发了一个模型,肠道排由人类肠道上皮细胞与血管endothelum界面的,而模拟的辐射剂量辐射诱导肠道损伤8灰色(Gy),会导致肠胃影响人类。我们观察到内皮细胞和上皮细胞中几种细胞损伤标志物的增加。这些包括细胞凋亡(或细胞死亡)的增加，活性氧(ROS或自由基)的产生，双链DNA断裂，膜脂的降解，微绒毛结构的丢失，以及形成保护肠壁免受细菌和毒素侵害屏障的细胞-细胞连接的破坏。

使用肠道芯片辐射模型,我们证实,与一个潜在的辐射防护药物预处理,dimethyloxaloylglycine (DMOG),显著降低细胞凋亡,肠道渗透性,和肠上皮细胞微绒毛损伤,以及ROS生成和脂质降解内皮和上皮细胞,因此,从未在以前的实验模型。

你能简单解释一下什么是肠道芯片，以及为什么你的团队选择对它进行修改来进行研究吗?

人体肠道芯片是一种微流体培养装置，由一种透明、柔韧、透明的硅树脂组成，大小与电脑记忆棒差不多(见上图)。所述肠芯片包括由多孔膜分隔的两个平行通道;人肠上皮细胞在一个通道的膜上培养，人微血管内皮细胞在同一膜的另一侧的另一个通道中培养。培养基通过两个通道灌注，并定期将吸力作用于芯片内的侧腔，以模拟肠道内正常的循环运动(蠕动)。在大约一周的时间里，肠芯片模拟了活肠的绒毛结构和多种功能。

与以往的辐射模型不同，我们在肠道芯片中加入了血管内皮细胞，因为最近的动物研究表明，这些细胞在辐射损伤中观察到的胃肠道损伤中发挥着关键作用。我们的结果证实了这一怀疑:血管通道中的内皮细胞在ROS生成、脂质降解、DNA断裂和凋亡方面表现出比上皮细胞更强的辐射反应。有趣的是，当我们重复没有内皮细胞的芯片上实验时，辐照后的肠细胞并没有表现出它们对辐射的典型反应，这表明内皮细胞是辐射诱导的肠功能障碍的介质。
您的研究对治疗开发人员、医生和患者有什么影响?

人们可能意外地暴露在电离的g射线中(例如，核事故，宇宙射线在太空飞行中)，或者由于放射治疗的结果。这些意外的接触可能导致癌症基因突变和死亡，虽然放射疗法使用的剂量较低，但它们仍可能导致有害的累积副作用。由于将健康的人暴露在辐射下进行临床试验是不道德的，因此，识别能够减轻辐射影响的药物的努力一直局限于动物研究，而动物研究是出了名的不能很好地预测给定药物对人体的作用。然而，人体肠道芯片辐射模型为研究辐射诱导损伤的机制提供了一个潜在的强大工具。在未来，这种肠道芯片可以用于发现和筛选新的、更有效的对抗药物，以挽救癌症患者、宇航员或意外暴露在辐射下的平民的生命。

基于你的研究结果，你认为未来的研究方向是什么?

当动物或人类暴露在导致严重损伤的全身辐射剂量下时，致命性主要是由于对胃肠道、肺和骨髓的损伤的综合作用。因此，我们也在利用这些器官的人体器官芯片模型研究辐射损伤。此外，有证据表明，例如，肠道的辐射损伤可以影响同一个人的骨髓所受损害的程度，其程度受肠道微生物群的影响。因此，我们开发了一些方法来培养组成我们肠道芯片中的人类肠道微生物群落的复杂共生微生物群落，这将使我们能够分析微生物群落是如何促进这些反应的。

此外，我们正在通过不同的人体器官芯片的内皮内衬血管通道将它们连接起来，从而有效地创造出一种人体“芯片上的人体”，这种芯片可能被用来模拟这些介导人体对辐射反应的器官与器官之间的相互作用。为了开发个性化的芯片上的人体模型，我们还创建了肠芯片，其中的细胞是从病人的活组织切片中分离出来的，其他人已经证明，这也可以使用病人来源的诱导多能干细胞(iPS)来实现。我们现在正利用这些新模型，结合生物信息学和计算发现方法来识别新的辐射对抗药物。